風能發(fā)電系統(tǒng)中，風機葉片是將風能轉化為機械能的關鍵環(huán)節(jié)之一，而碳纖維作為一種新的材料廣泛應用于風機葉片的制造中。隨著風機越來越大，風機葉片材質的要求也越來越高，碳纖維也因其性能優(yōu)勢得到了廣泛的應用。
風力發(fā)電市場現(xiàn)狀
近年來，國內(nèi)風電裝機量快速增長，國家能源局最新數(shù)據(jù)顯示，今年前7個月，國內(nèi)風電新增裝機量達2631萬千瓦，累計裝機量達3.9億千瓦。而隨著平價時代到來，風機大型化趨勢尤為凸顯，陸上風機單機容量最高突破10兆瓦，海上風機單機容量突破18兆瓦，葉片長度也在不斷刷新行業(yè)紀錄。
快速大型化給風機葉片材料性能帶來全新考驗，傳統(tǒng)玻璃纖維復合材料性能不足的情況下，碳纖維成為最新的“潛力股”。
2022年，全球風機葉片對碳纖維的需求量占到全球碳纖維需求總量的25.7%，我國風機葉片碳纖維需求量也占碳纖維整體需求的23.5%。
為了更好的應用性能優(yōu)勢，加大碳纖維材料在風機葉片上的應用已成必然趨勢。
碳纖維葉片應用優(yōu)勢
風機葉片材料在經(jīng)歷了木材、布蒙皮、金屬蒙皮以及鋁合金后，玻璃鋼復合材料被普遍使用。各國研制大功率風電機組最需要解決的問題是增大風輪直徑捕獲能量，因而，對風機葉片材料的要求也越來越高。
那采用碳纖維材料后的風機葉片與玻璃纖維相比，碳纖維的比模量和比強度均大幅增加，碳纖維復合材料比玻璃纖維復合材料密度更低、強度更高，突破了玻璃纖維材料的性能極限，可保障風機葉片在增加長度的同時降低重量。
有實際的應用上面標示利用碳纖維葉片可進一步提升海上風電機組設計上限，甚至可支撐20兆瓦、300米葉輪直徑的機組開發(fā)。隨著我國海上風電開發(fā)范圍不斷擴大，深遠海等復雜工況區(qū)域對葉片提出了更高要求，碳纖維材料的高強度性能將能適應更加惡劣的工況環(huán)境。另外，輕量化葉片還可以降低吊裝和運輸?shù)碾y度，對海上風電全生命周期降本有所幫助。
上下游產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同必不可少
盡管碳纖維葉片藍海已經(jīng)顯現(xiàn)，但業(yè)界普遍認為，碳纖維葉片未來仍需在成本、制造能力以及葉片狀態(tài)檢測技術上提升，從而進一步打開市場空間。
碳纖維材料是大型海上風機葉片開發(fā)的必然選擇，但實際上成本仍在制約碳纖維材料在風機葉片上的大批量應用。雖然碳纖維價格持續(xù)走低，但對應的玻璃纖維價格也在持續(xù)下降，從葉片設計角度，碳纖維葉片與傳統(tǒng)玻纖葉片相比競爭力仍然有限。
除此以外，業(yè)界指出，當前國產(chǎn)紗線碳板與成熟進口紗線碳板性能存在一定差距，有缺陷漏檢風險。
碳纖維作為國家戰(zhàn)略性新材料，需要產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展。風電行業(yè)需要碳纖維企業(yè)繼續(xù)優(yōu)化成本，風電企業(yè)也需要綜合考慮成本和可靠性，同時還應建立風電國產(chǎn)碳纖維的產(chǎn)品標準、碳纖維部件測試和設計許用值的行業(yè)規(guī)范，促進國產(chǎn)碳纖維和風電行業(yè)協(xié)同健康發(fā)展。才能應對行業(yè)存在的諸多問題和挑戰(zhàn)，智上新材研發(fā)更高性能的熱塑性碳纖維復合材料也是更好的把碳纖維性能展示出來，能夠在更多的行業(yè)領域中得到更好的應用表現(xiàn)。
除了碳纖維性能之外，我們還要關注碳纖維材料的性能穩(wěn)定、部件結構形式的合理性，以及防雷設計的可靠性都將制約碳纖維在葉片設計中的應用前景。
在國外已經(jīng)有很多大型風電機組采用了碳纖維風機葉片，以丹麥和德國為例，這兩個國家早在上世紀70年代開始用現(xiàn)代技術研發(fā)風電機組，已經(jīng)積累了豐富經(jīng)驗，形成了非常成熟的技術。丹麥LMGlassfiber“未來”葉片家族中61.5米、5兆瓦風機的葉片在梁和端部都選用了碳纖維。德國葉片制造商NordexRotor制造的56米，5兆瓦風機葉片的整個梁結構都采用了碳纖維，他們認為葉片跨越一定尺寸后，碳纖維葉片的制造成本并不比玻璃纖維的成本高。
近年來，國內(nèi)風電裝機量快速增長，國家能源局最新數(shù)據(jù)顯示，今年前7個月，國內(nèi)風電新增裝機量達2631萬千瓦，累計裝機量達3.9億千瓦。而隨著平價時代到來，風機大型化趨勢尤為凸顯，陸上風機單機容量最高突破10兆瓦，海上風機單機容量突破18兆瓦，葉片長度也在不斷刷新行業(yè)紀錄。
快速大型化給風機葉片材料性能帶來全新考驗，傳統(tǒng)玻璃纖維復合材料性能不足的情況下，碳纖維成為最新的“潛力股”。
2022年，全球風機葉片對碳纖維的需求量占到全球碳纖維需求總量的25.7%，我國風機葉片碳纖維需求量也占碳纖維整體需求的23.5%。
為了更好的應用性能優(yōu)勢，加大碳纖維材料在風機葉片上的應用已成必然趨勢。
風機葉片材料在經(jīng)歷了木材、布蒙皮、金屬蒙皮以及鋁合金后，玻璃鋼復合材料被普遍使用。各國研制大功率風電機組最需要解決的問題是增大風輪直徑捕獲能量，因而，對風機葉片材料的要求也越來越高。
那采用碳纖維材料后的風機葉片與玻璃纖維相比，碳纖維的比模量和比強度均大幅增加，碳纖維復合材料比玻璃纖維復合材料密度更低、強度更高，突破了玻璃纖維材料的性能極限，可保障風機葉片在增加長度的同時降低重量。
有實際的應用上面標示利用碳纖維葉片可進一步提升海上風電機組設計上限，甚至可支撐20兆瓦、300米葉輪直徑的機組開發(fā)。隨著我國海上風電開發(fā)范圍不斷擴大，深遠海等復雜工況區(qū)域對葉片提出了更高要求，碳纖維材料的高強度性能將能適應更加惡劣的工況環(huán)境。另外，輕量化葉片還可以降低吊裝和運輸?shù)碾y度，對海上風電全生命周期降本有所幫助。
盡管碳纖維葉片藍海已經(jīng)顯現(xiàn)，但業(yè)界普遍認為，碳纖維葉片未來仍需在成本、制造能力以及葉片狀態(tài)檢測技術上提升，從而進一步打開市場空間。
碳纖維材料是大型海上風機葉片開發(fā)的必然選擇，但實際上成本仍在制約碳纖維材料在風機葉片上的大批量應用。雖然碳纖維價格持續(xù)走低，但對應的玻璃纖維價格也在持續(xù)下降，從葉片設計角度，碳纖維葉片與傳統(tǒng)玻纖葉片相比競爭力仍然有限。
除此以外，業(yè)界指出，當前國產(chǎn)紗線碳板與成熟進口紗線碳板性能存在一定差距，有缺陷漏檢風險。
碳纖維作為國家戰(zhàn)略性新材料，需要產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展。風電行業(yè)需要碳纖維企業(yè)繼續(xù)優(yōu)化成本，風電企業(yè)也需要綜合考慮成本和可靠性，同時還應建立風電國產(chǎn)碳纖維的產(chǎn)品標準、碳纖維部件測試和設計許用值的行業(yè)規(guī)范，促進國產(chǎn)碳纖維和風電行業(yè)協(xié)同健康發(fā)展。才能應對行業(yè)存在的諸多問題和挑戰(zhàn)，智上新材研發(fā)更高性能的熱塑性碳纖維復合材料也是更好的把碳纖維性能展示出來，能夠在更多的行業(yè)領域中得到更好的應用表現(xiàn)。
除了碳纖維性能之外，我們還要關注碳纖維材料的性能穩(wěn)定、部件結構形式的合理性，以及防雷設計的可靠性都將制約碳纖維在葉片設計中的應用前景。
在國外已經(jīng)有很多大型風電機組采用了碳纖維風機葉片，以丹麥和德國為例，這兩個國家早在上世紀70年代開始用現(xiàn)代技術研發(fā)風電機組，已經(jīng)積累了豐富經(jīng)驗，形成了非常成熟的技術。丹麥LMGlassfiber“未來”葉片家族中61.5米、5兆瓦風機的葉片在梁和端部都選用了碳纖維。德國葉片制造商NordexRotor制造的56米，5兆瓦風機葉片的整個梁結構都采用了碳纖維，他們認為葉片跨越一定尺寸后，碳纖維葉片的制造成本并不比玻璃纖維的成本高。
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